(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の濾過のための装置であって、
−  複数の膜カーテン（２）であって、各カーテンが毛管膜（５）の単一列から形成されているもの、
−  膜カーテンの下端に設けられかつ少なくとも一つの膜カーテンの毛管膜に結合された下部ヘッダー（３）、
−  各膜カーテンのための個々の上部ヘッダー（４）であって、上部ヘッダーが膜カーテンの上端に設けられかつその毛管膜に結合されているもの、
を含み、
膜カーテン（２）が使用時に垂直構成で配置され、上部ヘッダー（４）が原料水流れ方向に沿って下流側に配置され、上部ヘッダー（４）が間隔を置いて離れており、それにより膜カーテン（２）間及び上部ヘッダー（４）間の液体の上向き流を可能にし、
少なくとも二つの隣接膜カーテンの上部ヘッダー（４１，４２）が異なる高さに配置されており、前記隣接膜カーテン（２）の毛管膜（５）が異なる長さを持ち、
上部ヘッダーが異なる高さに配置されている二つの隣接膜カーテンの上部ヘッダーについて、重力線上の正射投影図において下方上部ヘッダー（４２）の最上点（４４）が上方上部ヘッダー（４１）の最下点（４３）の下に位置されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記隣接膜カーテン（２）の下端が同じ高さに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
重力線上の投影図において前記最上点が前記最下点の５ｍｍ〜１００ｍｍ下に、好ましくは１０ｍｍ〜１００ｍｍ下に位置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
上部ヘッダーが重力線の方向で互い違い様式で配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の装置。
【請求項５】
上部ヘッダーが交互に二つの異なる高さ（４３，４４）に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の装置。
【請求項６】
下部ヘッダー（３）が少なくとも二つの隣接膜カーテンの毛管膜に結合されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の装置。
【請求項７】
下部ヘッダー（３）が透過液を収集及び除去するように構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の装置。
【請求項８】
下部ヘッダー（３）が単一収集室から形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の装置。
【請求項９】
上部ヘッダー（４）が透過液を収集及び除去するように構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１０】
少なくとも一つの上部ヘッダーが、それが毛管膜を橋渡しする厚さ（ｔ２）に比べて大きい、それが毛管膜に結合されている厚さ（ｔ１）を持つように造形されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１１】
上部ヘッダーの少なくとも一つの側壁が、溝及び隆起が毛管膜に平行に走るように波形となっていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
弾性材料が、毛管膜が上部ヘッダーに結合される場所で毛管膜の揺動及び／または振動を低下させるために各毛管膜の周りに設けられていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１３】
膜カーテンの間に通気手段（１０，１１）を含むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１４】
毛管膜が外側から内側へのナノ濾過膜、ミクロ濾過膜または限外濾過膜であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１５】
水中濾過用途での請求項１〜１４のいずれか一つに記載の装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理または他の混濁した液体の処理のための外側から内側への毛管膜濾過モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
毛管膜濾過モジュールは一般的に水処理のために使用される。典型的には、かかる濾過モジュールは、処理される原料液体（例えば廃水）中に沈められ、外側から内側への濾過方向は、膜間差圧を中空毛管に付与することにより確立される。毛管膜の内側（または内腔）に低い圧力が課される。
【０００３】
そうすることにより、毛管の内腔内に浸透液が得られ、一方廃水は脱水して毛管の外側に付着するスラッジを残す。新しく供給された廃水からの濾過水のさらに効率的な回収はそのとき妨げられる。毛管の外表面に蓄積された汚れを除去する解決策は、（毛管の外表面での空気泡の導入による）空気スクラビング及び／または逆洗及び／または逆脈動による。
【０００４】
前記空気泡は、毛管膜上の廃水を循環するための手段として追加的に使用され、それにより濾過効率を最適化するように廃水中の汚れを均一混合状態に保つ。上昇する空気泡は原料液体を同伴し、従って前記原料液体（スラッジ）の強制流を発生する。結果として、全モジュールに渡る原料液体の満足な分配が達成される。
【０００５】
空気泡の効率的な使用は、空気泡を毛管膜へ最適に接近させることを必要とする。特許出願ＷＯ２００８／０１２２２１は、下側の共通収集ヘッダーに結合されている複数の垂直に配向された平坦な膜装置（または毛管膜カーテン）を含む毛管膜濾過モジュールを開示する。膜の各平坦な装置は個々の上部ヘッダーに結合されている。かかる垂直毛管膜モジュールは、毛管膜間の空気泡及び廃水のより良好な循環、及び汚れの少ない取り込み性を可能にし、従って空気スクラビングによる毛管膜の効率的な浄化に導く。
【０００６】
しかし、毛管膜がそれらの両端で（例えば下部及び上部ヘッダーにより）固定され、かつ空気泡が使用されている、かかる垂直構成では、スラッジ／空気の混合物の、特に上部側での流速は非常に高くなりうる。結果として、それらの場所で起こる必要な乱流は大規模であるので、不利な早期の材料疲労、従って材料寿命の限定に導く。
【０００７】
隣接膜装置間の隙間を増大することにより流速を低下することは望ましくない。なぜならこれは単位容積当りの比膜面積を減らし、非常に大きなモジュールに導くからである。
【０００８】
日本特許出願公開１０１４６５２０は、両端で収集管に保持されている多数の中空繊維膜から形成されたスクリーンを含む装置を開示する。この中空繊維は原料水流に平行に配置されており、スクリーンは中空繊維の両端で隣接スクリーンの収集管が原料水流動方向に異なる位置に配置されるように配置されている。そうすることにより、中空繊維膜の膜充填比は増大され、懸濁物の膜への詰まりは減少されることができる。
【０００９】
この構成の第一の欠点は、スクリーンが複数の中空繊維膜列から形成され、従ってスクリーン内の詰まりがなお発生しうることである。さらに、隣接スクリーン間の通路の入口での空気泡の合体が発生し、その通路の閉塞に導き、原料水のその通路を通しての流れを妨げる。
【００１０】
従って、上述の欠点を克服するために技術的な解決策が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、従来技術の装置（モジュール）の欠点を克服する改善された毛管膜濾過モジュールを提供することを目的とする。
【００１２】
本発明の目的は、毛管膜が上部ヘッダーに連結されている場所での乱流を減少することである。
【００１３】
本発明の目的は、濾過モジュールの毛管膜の寿命を増大し、かつ／または材料疲労を減少することである。
【００１４】
本発明の目的は、添付請求項に記載されるような液体の濾過のための装置を提供することにより達成される。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第一態様によれば、液体の濾過のための装置が提供される。この装置は複数の膜カーテンを含み、各カーテンは毛管膜の単一列から形成されている。この装置はさらに、膜カーテンの下端（毛管膜の下端）に設けられかつ少なくとも一つの膜カーテンの毛管膜に連結された少なくとも一つの下部ヘッダーを含む。この装置はさらに、各膜カーテンのための個々の上部ヘッダーを含む。上部ヘッダーは膜カーテンの上端に設けられ、その毛管膜に連結されている。
【００１６】
膜カーテン（及び従って毛管膜）は、使用時に垂直構成に配置されるように設けられる。上部ヘッダーは間隔を置いて離れて配置される。それにより、膜カーテン及び上部ヘッダーは、（原料）液体及びおそらく膜カーテン間及び上部ヘッダー間の空気泡の上向き流を可能にするように配置される。
【００１７】
上部ヘッダーは間隔を置いて離れて配置され、従って開口がその間に設けられ、（原料）液体及びおそらく空気泡は膜カーテン間から垂直に出る。
【００１８】
本発明の第一態様によれば、少なくとも二つの隣接膜カーテンの上部ヘッダーは異なる高さに配置され、前記隣接膜カーテンの毛管膜は異なる長さを持つ。
【００１９】
好ましくは、前記隣接膜カーテンの下端は同じ高さに配置される。従って、前記隣接膜カーテンの下部ヘッダーは同じ高さに配置される。
【００２０】
好ましくは、各二つの隣接膜カーテンの上部ヘッダーは異なる高さに配置される。上部ヘッダーは好ましくは二つの異なる高さに配置される。
【００２１】
好ましくは、二つの隣接膜カーテンの上部ヘッダーが異なる高さに配置されており、重力線上の（正射）投影図において下方上部ヘッダーの最上点（またはその上側）は上方上部ヘッダーの最下点（またはその下側）の下に位置されている。より好ましくは、重力線上の投影図において、前記最上点は前記最下点の５ｍｍ〜１００ｍｍ下に、さらにより好ましくは１０ｍｍ〜１００ｍｍ下に、最も好ましくは２０ｍｍ〜１００ｍｍ下に位置されている。
【００２２】
好ましくは、上部ヘッダーは重力線の方向に互い違い様式で配置される。従って、上部ヘッダーは好ましくは二つ以上の高さに交互に配置される。
【００２３】
好ましくは、下部ヘッダーは複数の隣接膜カーテンの毛管膜に連結される。
【００２４】
好ましくは、下部ヘッダーは、透過液を収集及び除去するように構成される。
【００２５】
好ましくは、下部ヘッダーは単一収集室から形成される。
【００２６】
好ましくは、上部ヘッダーは、透過液を収集及び除去するように構成される。
【００２７】
好ましくは、少なくとも一つの上部ヘッダーは、それが毛管膜を橋渡しする場所に比べてそれが毛管膜に連結される場所でより大きな厚さのものであるように造形される。
【００２８】
好ましくは、少なくとも一つの上部ヘッダーは波形側壁を含む。より好ましくは、側方側壁のそれぞれは波形である。波形は、上部ヘッダー間の廃水の流動領域をさらに増加するために設けられる。より好ましくは、上部ヘッダーの少なくとも一つの側壁は、溝及び隆起が毛管膜に平行に走るように波形とされる。隆起は好ましくは毛管膜に対応して設けられる。溝は好ましくは毛管膜間にはさまれて設けられる。
【００２９】
好ましくは、弾性材料は、毛管膜が上部ヘッダー及び／または下部ヘッダーに連結される場所で各毛管膜周りに設けられる。弾性材料は、毛管膜の揺動及び／または振動を低下させるために設けられる。
【００３０】
好ましくは、本発明の装置は膜カーテン間に通気手段を含む。
【００３１】
好ましくは、毛管膜は外側から内側へのナノ濾過膜、ミクロ濾過膜または限外濾過膜である。
【００３２】
好ましくは、本発明による装置は２〜５０個、より好ましくは２〜２０個、最も好ましくは３〜８個の膜カーテンを含む。
【００３３】
本発明の第二態様によれば、本発明による装置の水中濾過用途、特に膜バイオリアクター（ＭＢＲ）での使用または用途が提供される。
【００３４】
本発明の第三態様によれば、液体の濾過のための装置が提供される。この装置は複数の膜カーテンを含み、各カーテンは毛管膜の単一列から形成されている。この装置はさらに、膜カーテンの下端（毛管膜の下端）に設けられかつ少なくとも一つの膜カーテンの毛管膜に連結された少なくとも一つの下部ヘッダーを含む。この装置はさらに、各膜カーテンのための個々の上部ヘッダーを含む。上部ヘッダーは膜カーテンの上端に設けられ、その毛管膜に連結されている。
【００３５】
膜カーテン（及び従って毛管膜）は、使用時に垂直構成に配置されるように設けられる。上部ヘッダーは間隔を置いて離れて配置される。それにより、膜カーテン及び上部ヘッダーは、（原料）液体の上向き流、及びおそらく膜カーテン間及び上部ヘッダー間の空気泡の上向き流を可能にするように配置される。
【００３６】
上部ヘッダーは間隔を置いて離れており、従って開口がその間に設けられ、（原料）液体及びおそらく空気泡は膜カーテン間から垂直に出る。
【００３７】
本発明の第四態様によれば、少なくとも一つの上部ヘッダーは、それが毛管膜を橋渡しする場所（すなわち毛管膜に隣接した中間場所）に比べて、それが毛管膜に連結されている場所でより大きな厚さであるように造形される。
【００３８】
好ましくは、少なくとも一つの上部ヘッダーは波形側壁を含む。より好ましくは、側方側壁のそれぞれは波形である。波形は、上部ヘッダー間の原料液体及びおそらく空気泡の流れのための通路の寸法を増加するために設けられる。より好ましくは、上部ヘッダーの少なくとも一つの側壁は、溝及び隆起が毛管膜に平行に走るように波形にされる。隆起は好ましくは毛管膜に対応して設けられる。溝は好ましくは毛管膜間にはさまれて設けられる。
【００３９】
第四態様による濾過装置では、好ましくは、隣接膜カーテンの前記上部ヘッダーは（実質的に）同じ高さに配置される。隣接膜カーテンの毛管膜は好ましくは（実質的に）同じ長さを持つ。この文脈では、表現「実質的に」により、同じ高さ及び同じ長さがほぼ等しいことを意味し、それは製造及び組立許容誤差を考慮すると、±１０ｍｍ、好ましくは最大±５ｍｍの最大高さ／長さの差を許容する。
【００４０】
結果として、好ましくは、隣接膜カーテンの下端は同じ高さに配置される。従って、前記隣接膜カーテンの下部ヘッダーは好ましくは同じ高さに配置される。
【００４１】
好ましくは、下部ヘッダーは複数の隣接膜カーテンの毛管膜に連結される。
【００４２】
好ましくは、下部ヘッダーは、透過液を収集及び除去するように構成される。
【００４３】
好ましくは、下部ヘッダーは単一収集室から形成される。
【００４４】
好ましくは、弾性材料は、毛管膜が上部ヘッダー及び／または下部ヘッダーに連結される場所で各毛管膜周りに設けられる。弾性材料は、毛管膜の揺動及び／または振動を低下するために設けられる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、本発明の第一態様による濾過装置の側面図を示す。
【００４６】
【図２】図２は、同じ装置の正面図を示す。
【００４７】
【図３】図３は、従来技術の濾過モジュールを示す。図３Ａは、上部ヘッダー及び膜カーテンを示す濾過モジュールの上部の側面図を示す。図３Ｂは、図３Ａの濾過モジュールのＡ−Ａの上部断面図を示す。
【００４８】
【図４】図４は、本発明の第二態様による濾過モジュールを示す。図４Ａは、上部ヘッダー及び膜カーテンを示す濾過モジュールの上部の側面図を示す。図４Ｂは、図４Ａの濾過モジュールのＢ−Ｂの上部断面図を示す。
【００４９】
【図５】図５は、本発明の第三態様による濾過モジュールを示す。図５Ａは、濾過モジュールの上部の側面図を示し、そこでは上部ヘッダーの側壁は波形（波打つ）形状を持ち、上部ヘッダー及び膜カーテン（図面に垂直に走る）が示されている。図５Ｂは、図５Ａの濾過モジュールのＣ−Ｃの上部断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
本発明の実施態様が今や添付図面に関して詳細に説明されるであろう。本発明はそれに限定されず、請求項によってのみ限定される。記載された図面は概略的にすぎず、非限定的である。図面において、要素の幾つかの寸法は誇張されているかもしれず、例示目的のために一定尺度で描かれていない。寸法及び相対寸法は、本発明の実施に対する実際の縮尺に必ずしも対応しない。当業者は、本発明の範囲により包含される本発明の多くの変形及び変更を認識することができる。従って、好適な実施態様の説明は本発明の範囲を限定すると考えられるべきでない。
【００５１】
さらに、明細書及び請求項中の上部、下部、左、右、上、下等の用語は、説明目的のために使用され、必ずしも相対位置を説明するためではない。そのように使用される用語は、適切な条件下で置き換えることができ、ここに述べられた本発明の実施態様はここに説明または例示されたもの以外の方向で操作することができる。例えば、要素の「左」と「右」は、この要素の対向側に位置していることを示す。用語「含む」は、その対象物に掲げられた手段に限定されるものとして解釈されるべきではなく；それは他の要素または工程を排除しない。従って、表現「手段ＡとＢを含む装置」の範囲は、要素ＡとＢのみからなる装置に限定されるべきではない。それは、本発明に関してＡとＢが装置の重要な要素であることを意味する。
【００５２】
量の限定または測定の結果に関して数値が与えられているところでは、それらの値の評価のために、不純物、測定を決定するために使用される方法、人的エラー、統計的変動、等による変動を考慮すべきであろう。
【００５３】
数値の範囲が下限と上限の間に及ぶものとして規定されるところでは、その範囲は特記しない限り前記下限及び前記上限を含むものとして解釈されるべきである。
【００５４】
本発明の態様は、毛管膜（以下、膜カーテンと呼ぶ）の列を含む濾過装置（以下、濾過モジュールと呼ぶ）に関し、それらは、使用時には立った（垂直な）構成で配置され、毛管膜はそれらの下端及びそれらの上端の両方で固定される。毛管膜の固定は、それらの下端を下部ヘッダーに、それらの上端を上部ヘッダーに結合することにより提供される。本発明の濾過モジュールは、水中濾過で使用するために構成され、そこでは毛管膜は完全に原料液中に沈められる。
【００５５】
膜カーテンは毛管膜の単一平坦装置と呼ばれる。本発明では、表現「平坦膜装置」、「膜カーテン」及び「膜平面」は、置き換え可能に使用され、毛管膜の同平面内の隣接配置を意味する。従って、膜カーテンの毛管膜は、同一平面内で、好ましくはある（０でない）距離で互いに並んだ配置で、前後に配列または積み重ねられる。従って、膜カーテンは毛管膜の単一列（または配列）を形成する。毛管膜のかかるカーテンは膜平面と呼ばれる。
【００５６】
用語カーテンにより示されるとき、かかる濾過モジュールの毛管膜は使用時に立って（またはヘッダーから吊り下げられて）配置される。従って、毛管膜及びカーテンは一般的に使用時に重力線に（実質的に）平行に配置される。それはまた、上部ヘッダーに対してもあてはまる。しかし、（上部）ヘッダーは、重力線と角度を形成することができる。結果として、毛管膜及びカーテンは実質的に垂直に吊り下げられることができ、それは好ましくは絶対値で約０°〜約１０°、より好ましくは絶対値で約０°〜約５°の範囲に入る重力線との角度を形成する毛管膜と呼ばれる。しかし、毛管膜は張力の不在のため、上部ヘッダーと下部ヘッダーの間で（すなわち上部及び下部固定場所の間で）わずかに曲がっていてもよいことは注目されるべきである。
【００５７】
同じ膜カーテン内の膜の数はたった１０倍から１０００倍を越えるまで変動してもよい。膜カーテンの数は、毛管の外径に依存してメートル当り５０〜５００個の範囲であることができる。
【００５８】
一般的に、同じ膜カーテン内の毛管膜間の自由空間は、連続する膜カーテン間の空間と組み合わせて充填密度を決定する。効率的なスラッジ（水）処理を保証するために、モジュールの充填密度は、充填構成にかかわらず最適であるべきである。毛管膜濾過モジュールは容積単位当りの高い比膜表面積を特徴とし、かかるモジュールに対する典型値は３．３６ｍ３の容積（２．２ｍ高さ、０．９ｍ幅、及び１．７ｍ長さ）で５００ｍ２、または約１５０ｍ２／ｍ３である。
【００５９】
濾過は、濾過液が集められる側に、特に毛管膜の内腔に低圧（例えば部分減圧）を課すことにより実行される。
【００６０】
本発明の装置のために適した毛管膜は、ＷＯ２００６／０５３０４６に開示されたようないわゆる「外側から内側への」毛管膜であることができる。本発明の装置で使用するために好適な毛管膜は、繊維材料のような補強材の背面層により補強されかつ／または支持されることができる。かかる毛管膜は、（液体、コロイド、例えば溶解された高分子のような液体−固体混合物、または例えば細菌を含む懸濁液のような懸濁液の）ナノ濾過、ミクロ濾過、または限外濾過を可能にする膜であることができる。それらは好ましくは外側から内側への濾過のために適している。しかし、本発明は特定の毛管膜の使用に限定されない。
【００６１】
好適な毛管の外径は、好ましくは０．５ｍｍ〜１０．０ｍｍ（両端の範囲を含む）、より好ましくは１．０ｍｍ〜８．０ｍｍ、さらにより好ましくは２．０ｍｍ，２．１ｍｍ，２．２ｍｍ，２．３ｍｍ，２．４ｍｍ，２．５ｍｍ，２．６ｍｍ，２．７ｍｍ，２．８ｍｍ，２．９ｍｍ，３．０ｍｍ，３．１ｍｍ，３．２ｍｍ，３．３ｍｍ，３．４ｍｍ，３．５ｍｍ，３．６ｍｍ，３．７ｍｍ，３．８ｍｍ，３．９ｍｍ，４．０ｍｍ，４．１ｍｍ，４．２ｍｍ，４．３ｍｍ，４．４ｍｍ，４．５ｍｍ，４．６ｍｍ，４．７ｍｍ，４．８ｍｍ，４．９ｍｍ及び５．０ｍｍを含む２．０ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内に入る。
【００６２】
本発明の態様は、特に膜浄化のため及び／または原料液体（スラッジ）の流れを維持するための空気泡を使用する濾過モジュールに関する。従って、濾過モジュールは通気手段を含むことができる。通気手段は、濾過モジュールの下に置かれることができる多孔円盤または板の形であることができる。通気手段は、これに代えて、有利には膜カーテン間に設けられた多孔空気ダクトの形であることができる。空気泡は、膜カーテン間で上向きに移動し、空気／スラッジ混合物を形成する。空気／スラッジ混合物は、上端でモジュールを出る際の流れ抵抗に対抗することができる。実際、上部ヘッダーは、それらが毛管膜の外径より大きい厚さを持つので、結果として増大した流速により、流路制限器として作動することができる。本発明者らは、かかる場所で高過ぎる乱流が発生し、それが毛管膜を間欠的なかつおそらく高い運動量の力に供しうることを観察した。従って、毛管膜は望ましくない過剰な揺動及び／または振動をうける傾向がある。これは、毛管膜が上部ヘッダーに固定される場所に近い毛管膜の早期の材料疲労に導きうる。
【００６３】
この欠点を克服するために、毛管膜を持つ濾過モジュールの改善された設計が提供される。本発明の態様は、添付図面の助けで以下の実施態様で開示される。
【００６４】
本発明の第一態様による濾過装置が以下に図１及び２を参照して述べられるだろう。図１及び２はそれぞれ、本発明による濾過モジュール１の側面図及び正面図を示す。毛管膜５は、垂直に吊り下げられており、それらの下端で（下部）ヘッダー３に浸漬されている。下部ヘッダー３は濾過モジュール１の全ての毛管膜のための単一ヘッダーであることができる。これに代えて、複数の下部ヘッダーが設けられることができる。
【００６５】
毛管膜５は個々の膜カーテン２内に配置されている。各膜カーテンは平坦層を形成する。図１は、並んで配置された四つのかかる膜カーテン２を示す。図２は、正面図で二つの連続膜カーテンを示すモジュールの正面図を示す。膜カーテン中の毛管膜は、ある距離で間隔を置かれた連続する毛管膜で前後に（または視点によっては次々に）配置されている。
【００６６】
上端では、単一膜カーテン２内の毛管膜は上部ヘッダー４中に浸漬されている。各膜カーテンは、そのカーテンの全ての毛管膜のためのそれ自身の個々の上部ヘッダー４を持つ。
【００６７】
下部ヘッダー（単数または複数）３、または上部ヘッダー４、またはそれらの両方であっても、透過液を収集及び除去するための収集器として作用することができる。図１及び２の実施態様では、下部ヘッダーは透過液収集器として作用するよう構成されている。従って、毛管膜の下端１３は、液通路が毛管膜５から下部ヘッダー（単数または複数）３に向けて設けられるよう開かれている。膜壁を通して引き出される濾過水（透過液）は、この通路を通して収集室６中に流れる。下部ヘッダー３は、透過液を排出するように収集室６のための開口１８を一側面または二側面に含む。毛管膜５が収集室６に入る場所で、浸漬材料９、例えばポリウレタン、エポキシ、ポリブタジエン樹脂、または同様材料により封止がなされる。
【００６８】
毛管膜を製造時に一緒に保持するためにかつ浸漬操作時に浸漬樹脂が透過液収集器６に入るのを防止するために支持体７が下部ヘッダー内に設けられることができる。
【００６９】
一般的に、毛管膜の上端１４は、図１に示されるように浸漬材料１２により液密封止され、その場合には上部ヘッダーで透過液または空気は毛管膜から排出されない。これに代えて、上部ヘッダーが同様に透過液収集器として作用する場合には、個々の上部ヘッダー４は下部ヘッダー（単数または複数）３と同様な方法で構成されることができる。そのときそれらは、装置の作動時に蓄積されたかもしれない局所的な空気の除去により毛管膜の上端を脱気するために構成されることができ、局所的空気は、膜を通しての局所的な不十分な透過液移動を起こしうる。
【００７０】
さらに代替的な実施態様において、上部ヘッダー４のみが透過液を収集かつ排出するために構成され、下部ヘッダー（単数または複数）３では、毛管膜が閉じられる（透過液は下部ヘッダーでは除去（または収集）されない）。
【００７１】
従って、本発明は、下部ヘッダーまたは上部ヘッダーのいずれかが透過液収集器として機能するように、または上部及び下部ヘッダーの両方が同時に透過液収集器として作用するように組立てられているモジュールを意図する。
【００７２】
毛管の各カーテンはそれ自身の上部ヘッダーに結合されているので、廃水のための流路１５は隣接膜カーテンの上部ヘッダーの外部ハウジング１６間に設けられる。
【００７３】
本発明のこの態様によれば、隣接（連続）上部ヘッダー４は、それぞれ一つが隣接（連続）膜カーテン２に結合されており、それらは異なる高さで配置される。用語高さは、上部ヘッダー上の同じ参照点から同じ場所まで、例えば上部ヘッダーの下側または上側までの重力線に沿った寸法を言う。好適な実施態様では、二つの連続（隣接）上部ヘッダー間の高さの差は上部ヘッダーの高さｈより大きい。
【００７４】
用語隣接及び連続は直接続くことを言う。従って、隣接または連続上部ヘッダーは、間に第三の上部ヘッダーが挿入されることなく、直接互いに続く、隣接する上部ヘッダーを言う。
【００７５】
図１及び２に示される上部ヘッダーの高さｈは、上部ヘッダーの垂直寸法（すなわち重力線に沿ってかつその下側と上側の間で測定した上部ヘッダーの寸法）を言う。図１に示される上部ヘッダーの厚さｔは、側面（図１の側面図の描写面）の水平線に沿って測定した上部ヘッダーの寸法を言う。図２に示される上部ヘッダーの長さｌは、前面（図２の正面図の描写面）の水平線に沿って測定した上部ヘッダーの寸法を言う。
【００７６】
隣接上部ヘッダー間の高さの差の適切な選択は乱流を減らすことができる。二つの連続上部ヘッダーのうち、最高に配置された上部ヘッダーは上方上部ヘッダー４１と呼ばれ、他のものは下方上部ヘッダー４２と呼ばれる。上方上部ヘッダー４１の最下方点４３は、好ましくは下方上部ヘッダー４２の最高点４４より５ｍｍ〜１００ｍｍ高く、より好ましくは１０ｍｍ〜１００ｍｍ高く、最も好ましくは２０ｍｍ〜１００ｍｍ高く設けられる。前記最下方点は上方上部ヘッダーの下側に設けられることができる。前記最高点は下方上部ヘッダーの上側に設けられることができる。
【００７７】
上部ヘッダー上の同じ参照点と同じ場所の間で測定したとき（上部ヘッダーが同一高さｈを持つと仮定する）、後者の表現は次のように述べることができる：二つの隣接（連続）上部ヘッダー間の高さの差ΔＨは好ましくはｈ＋５ｍｍ〜ｈ＋１００ｍｍの範囲内に入る。ここでｈは上に規定されている通りである。より好ましくは、前記高さの差ΔＨはｈ＋１０ｍｍ〜ｈ＋１００ｍｍの範囲内に入り、ｈ＋２０ｍｍ〜ｈ＋１００ｍｍの範囲が最も好ましい。高さの差ΔＨの大きさは、上部ヘッダーの厚さｔ（またはｔと毛管膜の外径の間の差）に基づいて選択されることができる。上部ヘッダーが薄いほど、高さの差ΔＨは小さくしてもよい。
【００７８】
図１及び２は、互い違いになった（ジグザグ）配置を持つ一つの例の構成を示すが、例えば三つのレベルで互い違いになっている代替構成も同様に可能である。
【００７９】
例えば通路１５の流れ面積を最大にするために、下方上部ヘッダーが上方上部ヘッダーとは異なる形態を持つ実施態様も同様に考えることができる。
【００８０】
本発明の上記態様によれば、上部ヘッダーの幾つかの高さを変えることにより、通路１５の流入経路の圧縮が減少され、または圧縮の少なくとも一部が置き換えられ、それによって全体の圧縮が軽減される。連続上部ヘッダー間の高さの差ΔＨが上部ヘッダーの高さｈより大きいとき（すなわちヘッダーが正面図で全く重複しないとき）、上向きに流れる廃水は一方側からのみの圧縮を経験する。これは図３Ａ及び４Ａに膜カーテン２間の矢印により示される。図３Ａは、従来技術のモジュールで発生する状況を示す。図４Ａは、本発明の本態様による状況を示す。図４Ａで見ることができるように、廃水の通路１５の面積は拡大されているが、モジュールに対し実質的に同じ比膜面積を維持する。
【００８１】
結果として、乱流は毛管膜の上端で著しく減少される。実際には、二つの隣接カーテン間の上向きに流れる廃水と空気泡は、従来技術におけるような上部ヘッダーの場所での急な圧縮を経験しない。なぜならヘッダーは高さが変わるからである。結果として、毛管膜上の高い間欠性運動量の力が防止され、毛管膜の寿命が延長されることができる。
【００８２】
本発明の本態様によれば、図１及び２に見ることができるように、連続膜カーテンの毛管膜はさらに、異なる長さを持つ（すなわち下部ヘッダーと上部ヘッダーの間の距離は連続膜カーテン間で異なる）。
【００８３】
有利には、これは、連続膜カーテンをそれらの下端（それらが下部ヘッダー（単数または複数）に結合されている所）で同じ高さに配置しながら、上端（それらが上部ヘッダーに結合されている所）で異なる高さの配置を維持することにより提供されることができる。従って、かかる場合に連続膜カーテンの毛管膜間の長さの差は、上に示したように高さの差ΔＨに等しいという結果をもたらす。
【００８４】
上部での異なる高さの配置及び単一列の膜の配置は、膜と有利な流動方式と組み合わされた原料液体の間の最良の接触状態、及び膜の延長された寿命を確実にすることができる。
【００８５】
さらに、連続膜カーテンが異なる長さを持つという事実は、膜充填密度に著しく影響を及ぼさないが、それにもかかわらず連続膜カーテンを下部で同じ高さに配置することを可能にする。これは、装置の複雑性を減少し、組立てを容易にする。さらに、それは、膜カーテン間の流路中の原料液体の均一な流入を可能にすることができる。
【００８６】
下部での同じ高さでの膜カーテンの配置はさらに、膜カーテン間の下部での空気ダクト１０のような通気手段の一体化を容易にすることができる。空気泡は膜カーテン間の流路内に直接注入されることができ、それはそれらを異なるカーテン間に均一に分配することを可能にする。結果として、流路の入口での空気泡の合体、及びそれによってもたらされる障害が防止されることができる。
【００８７】
下部において、原料液体は膜カーテンの間の流路に横向きに入ることができ、そこでは圧縮がなく、流路の詰まりが到底起こりそうにないことは注目されるべきである。
【００８８】
上部ヘッダー及び／または下部ヘッダー（単数または複数）は、枠に固定することにより所定場所に保持されることができる。
【００８９】
本発明の別の態様によれば、図５に示された通路５５のようなスラッジ／空気混合物の流れのためのより大きな通路を収容する特別な設計を持つ上部ヘッダーを含む濾過装置が提供される。本態様によれば、（二つの連続上部ヘッダーの）少なくとも一つの上部ヘッダーは、それが毛管膜に結合される場所５１で（同じ膜カーテンの）二つの隣接毛管膜を橋渡しする場所５２での厚さｔ２より大きい厚さｔ１を持つように造形される。かかる特別な設計は、図５に示されるような毛管膜間の波状のまたは起伏する側壁５３を持つ上部ヘッダーを含むことができる。結果として、連続ヘッダー間のかつ毛管に平行な方向の空気／スラッジ混合物の流れのために利用できる面積が拡大され、一方、単位容積当りの同じ比膜面積を維持する。
【００９０】
本態様の代替実施態様では、上部ヘッダーは、連続毛管膜間に挿入された場所の側壁内に溝を含む。かかる溝は毛管膜に向けられる。図５の実施態様と同じ効果がこれにより得られる。
【００９１】
波状のまたは溝を持つ側壁を持つ上部ヘッダーの利点は、これらを平坦な側壁を持つ上部ヘッダーと比べるときに容易に見ることができる。二つの水平断面が取られるとき、波状または溝付き側壁を持つ上部ヘッダーの断面積は著しく小さいであろうし、従って空気／スラッジ混合物の通過のための空間をより大きく残す。
【００９２】
互い違いの配置により得られる効果と同様に、そして上部ヘッダーの場所での流路の圧縮が減少される理由から、過剰の乱流が防止されることができ、毛管膜の寿命が増大されることができる。
【００９３】
上部ヘッダー５３の波状の側壁（単数または複数）は好ましくは正弦形状を持つ。それは他の波状形状を持つことができ、好ましくはそれが少なくとも部分的に毛管膜の輪郭を描くように形成されることができる。好ましくは、かかる側壁の下方及び上方頂点（谷と先端）間の距離は毛管膜の外径の半分に相当する。
【００９４】
かかる上部ヘッダーは、好適な材料（好ましくはプラスチック材料）の二つの波状のシートを、シートが互いに鏡像を形成するように対応する位置に配置されたそれらの頂点を持って、互いにもたらすことにより製造されることができる。シート間に形成された開口内に毛管膜が配置されることができる。シートは、好適な接着剤により互いにかつ膜に対して接着させられることができる。
【００９５】
例えば、４ｍｍの外径を持つ膜に対して、０．３ｍｍ厚の波状シートが上部ヘッダーを形成するために使用されることができる。上部ヘッダーは、そのとき、上部ヘッダーが膜に結合される位置で約４．６ｍｍの厚さｔ１を持ち、中間位置で約０．６ｍｍの厚さｔ２を持つであろう。これは、平坦な側壁（すなわち一定の厚さｔ＝４．６ｍｍを持つもの）を持つ上部ヘッダーに比べて連続上部ヘッダー間の流路の寸法を著しく増加する。
【００９６】
波状上部ヘッダーは、これに代えて、毛管膜の周りに成形または鋳造されることができる。
【００９７】
バーまたはロッドのような補強部材が上部ヘッダーの上部に設けられることができる。補強部材は多くの点で上部ヘッダーに結合される。それは上部ヘッダーの外部固定（例えば枠への固定）を可能にすることができる。結果として、かかる補強部材は、原料液体の流れと全く干渉することなく、ヘッダーに追加の剛性を提供する。
【００９８】
波状側壁（単数または複数）を持つヘッダー５３は有利には同じ高さに配置される。従って、かかる場合において連続膜カーテンは同じ高さに配置されることができ、同じ長さを持つことができる。
【００９９】
単一列の膜の配置との組み合わせでは、これは、膜表面と原料液体の間のより良好な（または増加した）接触に導き、従って毛管膜の延長した寿命とともにより良好な濾過効率に導く。
【０１００】
本態様の上部ヘッダーは好ましくは、複数の膜カーテンに結合された下部ヘッダーを含む配置と組み合わせられる。
【０１０１】
膜カーテンが下部で同じ高さに配置されている場合、通気装置は有利には膜カーテン間にそしておそらく下部ヘッダー（単数または複数）内に一体化されることができる。下部ヘッダー内または膜カーテン間の通気装置の一体化は、膜カーテン間の流路内への空気泡の直接注入を可能にし、従ってそれらを異なる列間に均一に分散することを可能にする。
【０１０２】
下部ヘッダーが透過液を収集するための単一室から形成されている好適な場合には、原料液体は膜カーテン間の流路に横向きに入り、そこでは圧縮がなく、流路の詰まりは殆ど起こりそうにない。
【０１０３】
本発明の本態様（上部ヘッダーの側壁の設計）は、前述の態様に加えてまたはそれへの代替として設けられることができる。追加の場合では、上に示されたような上部ヘッダーの互い違いの配置では、少なくとも下方上部ヘッダーは本発明の本態様に従って形成される。
【０１０４】
本発明の装置の好適な実施態様によれば、弾性材料のような防振材料は、毛管膜が上部ヘッダー４内に浸漬される場所及び／または毛管膜が下部ヘッダー３内に浸漬される場所で毛管膜の周りに設けられる。弾性材料は、循環する廃水及び／または空気泡による毛管膜の振動を押えることができる。従って、本発明によるモジュール内の特別な上部ヘッダー位置及び／または上部ヘッダー設計に加えて、毛管材料寿命のさらなる改善が、毛管上に防振材料を設けることにより達成される。防振材料は好ましくは弾性材料である。好適な弾性材料は金型製作のためのようなシリコーンゴムまたはポリウレタンであることができる。特に好適なものは二成分シリコーン、より好ましくは例えばＡＳＳＹＳＴ  １８１（Ａｓｓｙｓｔ  ＢＶＢＡ、ベルギー）のような重縮合シリコーンである。好ましくは、防振材料（弾性材料）は、硬化後に、１０〜４０、より好ましくは１５〜２５の範囲に入るショアーＡ硬度（ジュロメーター）を持つ。
【０１０５】
防振材料は好ましくは、膜カーテンにおいて局所的に毛管膜を相互連絡するように、上部ヘッダーの下に（及び／または下部ヘッダーの上に）連続的に設けられる。これに代えて、防振材料は各毛管膜の周りに別個に設けられることができる。
【０１０６】
本発明によるモジュール内の膜カーテン２は有利には、好ましくは互いに固定された距離に配置される（例えば下部及び上部ヘッダーを互いに明確に規定された距離に取り付けることにより配置される）。また、同じカーテン内の個々の毛管膜は好ましくは、次々と（実質的に）等しい空間を持って配置される。
【０１０７】
従って、個々の毛管膜は有利には、からみ合いの危険なしに空気泡と廃水の優れた膜への接近をもたらす制御可能な方式で互いに十分離れて保持される。
【０１０８】
原料液体を濾過するための装置は複数の濾過モジュール１を含むことができる。これらは典型的には、装置が使用されているときに原料液体が循環するタンク内に並んで配置される。
【０１０９】
膜バイオリアクター（ＭＢＲ）のような典型的な用途では、空気泡は、廃水（「原料」液体）を毛管周りでかつ毛管間で移動するのを保つためにかつ廃水内のいかなる固体または粒子も膜バイオリアクタータンクの底に沈むのを防止するために付与される。この空気はモジュールの下から吹き込まれ、スクラビング効果により毛管膜の外表面を浄化する。任意選択的に、（追加の）空気は、下部ヘッダー３のすぐ上の毛管の平坦層２間に置かれた空気供給管１０の開口１１を通して空気を吹き込むことにより供給されることができる。空気供給管は、図１に示されるように全ての平坦層２間に設けられることができる。これに代えて、空気供給管１０はカーテンの幾つかのみの間に設けられることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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